Nghiên cứu các giải pháp công nghệ chèn lò nhằm huy động tài nguyên bảo vệ công trình bề mặt thuộc khu cánh nam công ty than mạo khê

Tại Úc, mỏ than Illawara đã khai thác thành công các lò chợ dưới lưu vực sông Nepean và sông Georges bằng công nghệ khai thác cột dài theo phương, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA - CHẤT

- -

PHAN VĂN VIỆT

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ NHẰM HUY ĐỘNG TÀI NGUYÊN BẢO

VỆ CÔNG TRÌNH BỀ MẶT THUỘC KHU CÁNH

NAM CÔNG TY THAN MẠO KHÊ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA - CHẤT

- -

PHAN VĂN VIỆT

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHÈN LÒ NHẰM HUY ĐỘNG TÀI NGUYÊN BẢO

VỆ CÔNG TRÌNH BỀ MẶT THUỘC KHU CÁNH

NAM CÔNG TY THAN MẠO KHÊ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, do chính tác giả thực hiện và chƣa từng đƣợc

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2014

Tác giả luận văn

Phan Văn Việt

MỤC LỤC

Lời cam đoan 3

Mục lục 4

Các ký hiệu, các chữ viết tắt 6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 8

Mở đầu 10

Chương 1: Tổng hợp trữ lượng và đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất các vỉa than nằm dưới công trình bề mặt khu cánh Nam mỏ Mạo Khê 14

1.1 Khái quát chung đặc điểm điều kiện địa chất khu cánh Nam mỏ Mạo Khê 14

1.2 Tổng hợp trữ lượng và đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất các vỉa than nằm dưới công trình bề mặt khu cánh Nam mỏ Mạo Khê 19

1.3 Nhận xét 23

Chương 2: Tổng quan kinh nghiệm khai thác than điều khiển đá vách bằng phương pháp chèn lò ở trên thế giới và trong nước 24

2.1 Tổng quan kinh nghiệm khai thác than điều khiển đá vách bằng phương pháp chèn lò ở trên thế giới 24

2.2 Tổng quan kinh nghiệm áp dụng công nghệ khai thác điều khiển đá vách bằng phương pháp chèn lò tại vùng than Quảng Ninh 44

2.3 Nhận xét 47

Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp công nghệ chèn lò nhằm huy động tài nguyên bảo vệ công trình bề mặt thuộc khu cánh Nam Công ty than Mạo Khê 49

3.1 Phân loại các công trình bề mặt và xác định chiều sâu khai thác an toàn dưới các công trình 49

3.2 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp công nghệ chèn lò để khai thác các vỉa than dưới công trình bề mặt khu cánh Nam mỏ Mạo Khê 53

3.3 Nhận xét 66

Chương 4: Thiết kế thử nghiệm các giải pháp công nghệ đề xuất cho một

điều kiện cụ thể tại khu cánh Nam Công ty than Mạo Khê 67

4.1 Nghiên cứu lựa chọn khu vực lập thiết kế thử nghiệm các giải pháp công nghệ đề xuất 67

4.2 Lựa chọn hệ thống khai thác chèn lò 68

4.3 Tính toán xây dựng giải pháp khai thông mở vỉa và chuẩn bị khai trường cho khu vực thử nghiệm 69

4.4 Tính toán xây dựng các giải pháp kỹ thuật công nghệ khai thác 75

4.5 Tính toán thiết kế dây chuyền cung cấp vật liệu chèn 88

4.6 Đánh giá hiệu quả của giải pháp thiết kế 95

4.7 Nhận xét 106

Kết luận và kiến nghị 107

Tài liệu tham khảo 110

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng tổng hợp trữ lượng các vỉa than khu cánh Nam Công ty than Mạo

Khê 20

Bảng 1.2: Bảng phân chia trữ lượng theo tổ hợp yếu tố chiều dày và góc dốc vỉa 22

Bảng 3.1: Bảng chỉ tiêu biến dạng mặt đất cho phép và giới hạn đối với các nhóm công trình công nghiệp dân dụng trên bề mặt mỏ 50

Bảng 3.2: Bảng xác định hệ số an toàn ka đối với trụ cột đường dây cao thế 51

Bảng 3.3: Bảng kết quả tính toán xác định chiều sâu khai thác an toàn dưới các công trình bề mặt cần bảo vệ 52

Bảng 3.4: Bảng so sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp chèn lò 58

Bảng 3.5: Khối lượng tro xỉ thải từ các nhà máy nhiệt điện vùng Quảng Ninh 63

Bảng 4.1: Bảng so sánh ưu, nhược điểm giữa các hệ thống khai thác chèn lò 68

Bảng 4.2: Khối tích các đường lò chuẩn bị khu vực lò chợ áp dụng thử nghiệm 74

Bảng 4.3: Bảng bố trí nhân lực sản xuất cho gương khấu lò chợ 79

Bảng 4.4: Biểu đồ tổ chức sản xuất lò chợ trong một ngày đêm 80

Bảng 4.5: Biểu đồ bố trí nhân lực khai thác lò chợ 81

Bảng 4.6: Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của lò chợ thiết kế 86

Bảng 4.7: Đặc tính kỹ thuật của bơm nước 95

Bảng 4.8: Các góc xác định kích thước bồn dịch chuyển 96

Bảng 4.9: Bảng xác định hệ số ảnh hưởng của góc dốc vỉa đến độ lún cực đại 97

Bảng 4.10: Bảng xác định giá trị hàm số S(z), S’(z), F(z), F’(z) 98

Bảng 4.11: Bảng xác định giá trị kl 99

Bảng 4.12: Bảng xác định giá trị ko 99

Bảng 4.13: Bảng kết quả tính toán các chỉ tiêu biến dạng mặt đất trong khu vực áp dụng thử nghiệm 101

Bảng 4.14: Giá thành phân xưởng 105

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Biểu đồ phân bố trữ lượng than trụ bảo vệ khu cánh Nam theo các vỉa than 21 Hình 1.2: Biểu đồ phân bố trữ lượng than trụ bảo vệ khu cánh Nam theo nhóm các công trình bề mặt cần bảo vệ 22 Hình 1.3: Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa trữ lượng than và tổ hợp các yếu tố chiều dày, góc dốc vỉa 23 Hình 2.1: Sơ đồ các mỏ than khai thác bằng phương pháp chèn lò thuộc bể than Upper Silesia - Ba Lan 24 Hình 2.2: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác toàn bộ chiều dày vỉa chèn lò theo hướng từ dưới lên 26 Hình 2.3: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp nghiêng từ dưới lên với chèn lò 28 Hình 2.4: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp ngang nghiêng với chèn lò theo thứ tự từ dưới lên 29 Hình 2.5: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp bằng khấu than bằng máy combai với chèn lò theo thứ tự từ trên xuống 32 Hình 2.6: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc, chia lớp nghiêng từ trên xuống, trong mỗi lớp thực hiện khấu và chèn lò theo thứ tự từ dưới lên 33 Hình 2.7: Sơ đồ công nghệ khai thác áp dụng phương pháp chèn lò tự chảy tại mỏ than Izotov tại bể than Donbass 35 Hình 2.8: Một số sơ đồ công nghệ khai thác sử dụng phương pháp chèn lò cơ khí 37 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý trạm chèn lò thủy lực ở trong của mỏ 39 Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống chèn lò thủy lực tại mỏ Tkibul (Liên Xô cũ) 40 Hình 2.11: Sơ đồ công nghệ khai thác chèn lò thủy lực sử dụng tổ hợp cơ giới hóa đồng bộ khai thác - chèn lò КМГЗ 41 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý của chèn lò khí nén 42 Hình 2.13: Sơ đồ hệ thống chèn lò khí nén tại mỏ than vùng Kuzbass 43 Hình 2.14: Vị trí lò chợ áp dụng thử nghiệm công nghệ khai thác chèn lò kiểu Kakuchi (Nhật Bản) tại mỏ than Mạo Khê 45

Hình 2.15: Sơ đồ công nghệ khai thác lò chợ dốc chia bậc chân khay kiểu Kakuchi,

của Nhật Bản 46

Hình 3.1: Hộ chiếu khấu chống lò chợ cột dài theo độ dốc, khai thác toàn bộ chiều dày vỉa, chèn lò theo hướng từ dưới lên 55

Hình 3.2: Hộ chiếu khấu chống lò chợ cột dài theo độ dốc, khai thác chia lớp nghiêng và chèn lò từ dưới lên 55

Hình 3.3: Hộ chiếu khấu chống lò chợ cột dài theo độ dốc, khai thác chia lớp ngang nghiêng và chèn lò theo thứ tự từ dưới lên 56

Hình 3.4: Bãi thải tro xỉ của nhà máy nhiệt điện Mạo Khê 63

Hình 3.5: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp vật liệu chèn-nước tới khả năng vận tải bằng đường ống 64

Hình 3.6: Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt của các vật liệu chèn 64

Hình 3.7: Kết quả thí nghiệm xác định tính thấm của vật liệu 65

Hình 4.1: Sơ đồ khai thông mở vỉa và chuẩn bị khu vực áp dụng thử nghiệm 70

Hình 4.2: Sơ đồ chuẩn bị hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác theo thứ tự từ dưới lên bằng công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng vỉa 9b 72

Hình 4.3: Hộ chiếu chống giữ gương lò chợ 76

Hình 4.4: Hộ chiếu khoan nổ mìn khấu gương 77

Hình 4.5: Hộ chiếu thi công chèn lò thủy lực 78

Hình 4.6: Giản đồ tính toán các thông số thủy lực của đường ống vận tải hỗn hợp vật liệu chèn - nước 91

Hình 4.7: Các thông số của bồn dịch chuyển khi khai thác lò chợ 96

Hình 4.8: Sơ đồ xác định hàm dịch chuyển và biến dạng trong bồn dịch chuyển 98

Hình 4.9: Bồn dịch chuyển dự kiến trên bề mặt địa hình 100

Hình 4.10: Một số tuyến mặt cắt ngang bồn dịch chuyển dự kiến 101

Hình 4.11: Đồ thị dự báo độ lún bề mặt địa hình 102

Hình 4.12: Đồ thị dự báo đường cong biến nghiêng Ix 102

Hình 4.13: Đồ thị dự báo đường độ cong Kx 102

Hình 4.14: Đồ thị dự báo đường cong biến dạng ngang z 103

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo những kết quả đánh giá địa chất cho thấy, tại khu Cánh Nam mỏ Mạo Khê có trữ lượng than phân bố dưới các công trình cần bảo vệ bề mặt tương đối lớn, khoảng 23,2 triệu tấn, chiếm 33,2% trữ lượng của toàn khu vực cánh Nam tính đến mức -400 [9]

Phần trữ lượng này tập trung chủ yếu ở các vỉa: V9A, V9, V9B, V8 và nằm dưới các công trình như khu vực dân cư, đường dây điện, suối và hồ chứa nước, moong lộ thiên, lò cũ Kết quả nghiên cứu của Viện KHCN Mỏ đã chỉ ra rằng, việc khai thác trữ lượng than dưới công trình bề mặt khu cánh Nam mỏ Mạo Khê bằng công nghệ khai thác điều khiển đá vách phá hỏa toàn phần sẽ gây dịch chuyển biến dạng bề mặt đất nên có thể phá hủy các công trình dân dụng, công nghiệp và ngược lại làm tăng độ xuất nước hoặc nguy cơ bục nước từ đối tượng chứa nước bề mặt vào các công trình hầm lò bên dưới [2]

Do đó, để đảm bảo khai thác an toàn trữ lượng than dưới các công trình bề mặt cần áp dụng loại hình công nghệ khai thác có khả năng hạn chế tối đa mức độ sập đổ đá vách, sụt lún, biến dạng

bề mặt địa hình như công nghệ khai thác điều khiển đá vách bằng chèn lò Hiện nay, Công ty than Mạo Khê sử dụng giải pháp để lại phần trữ lượng này làm trụ bảo vệ với mục tiêu vừa giữ ổn định bề mặt các công trình, vừa đảm bảo hoạt động khai thác an toàn đối với trữ lượng vùng lân cận Giải pháp này đã đáp ứng được các yêu cầu bảo vệ công trình bề mặt nhưng đang gây lãng phí một lượng tài nguyên than khá lớn

Ở các nước phát triển trên thế giới như Nga, Ba Lan, Úc, Ấn Độ, v.v… vấn

đề khai thác than dưới các công trình bề mặt bằng công nghệ khai thác chèn lò đã được nghiên cứu ứng dụng từ rất sớm và đạt được nhiều thành tựu khả quan Tại Ba Lan, từ năm 1950 đến nay đã khai thác được trên 2 tỷ tấn than từ trụ bảo vệ các công trình bề mặt như các thành phố Bytom, Katowice, Jastrzebia, trụ bảo vệ lò cao

“Hòa Bình” bằng công nghệ khai thác chèn lò Ở Nga, mỏ Zapadnaia khai thác trữ lượng than trong trụ bảo vệ dưới suối Batrat đạt sản lượng 100 nghìn tấn, mỏ Kirov khai thác trữ lượng than dưới suối Inhia đạt sản lượng 207 nghìn tấn Tại bể than Bihar (Ấn Độ) nằm dưới lưu vực sông Damodar, đã khai thác được tập các vỉa than

dày 5  7 m, ở độ sâu từ 50  500 m bằng cách áp dụng các giải pháp khai thác chèn

lò toàn phần sử dụng đá xít thải Tại Úc, mỏ than Illawara đã khai thác thành công các lò chợ dưới lưu vực sông Nepean và sông Georges bằng công nghệ khai thác cột dài theo phương, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn phần, kết hợp áp dụng các giải pháp công trình, v.v…

Tại Việt Nam, trên cơ sở kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu công

nghệ khai thác chèn lò phục vụ công tác điều khiển đá vách và bảo vệ các đối tượng công trình bề mặt trong điều kiện các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh”, do Viện

KHCN Mỏ thực hiện, TS Nguyễn Anh Tuấn chủ nhiệm năm 2005  2006, Viện KHCN Mỏ đã phối hợp với Công ty than Mạo Khê cùng chuyên gia Nhật Bản áp dụng thử nghiệm công nghệ khai thác cột dài theo phương, điều khiển đá vách bằng chèn lò toàn phần (công nghệ Kakuchi) tại lò chợ mức -25/+30 vỉa 8 Tây xuyên vỉa 56-I, cánh Bắc Kết quả áp dụng thử nghiệm đã khẳng định công nghệ khai thác điều khiển đá vách bằng chèn lò toàn phần đáp ứng được yêu cầu hạn chế sụt lún bề mặt, góp phần tận thu tài nguyên than dưới các công trình cần bảo vệ

Trong bối cảnh hiện nay hầu hết các đơn vị sản xuất than hầm lò vùng Quảng Ninh nói chung và Công ty than Mạo Khê nói riêng đang phải mở rộng diện khai thác xuống sâu hoặc phải đầu tư xây dựng các mỏ hầm lò mới để đáp ứng sản lượng, thì một phần lớn trữ lượng than nằm dưới các công trình cần bảo vệ đã được khai thông mở vỉa sẵn lại chưa được huy động khai thác đang gây lãng phí tài nguyên và làm giảm hiệu quả đầu tư của các dự án mỏ Thực tế này đã đặt ra yêu cầu phải xem xét khả năng khai thác phần trữ lượng than dưới các công trình cần bảo vệ bề mặt bằng công nghệ khai thác không gây ảnh hưởng hoặc có ảnh hưởng không đáng kể tới các công trình trên bề mặt địa hình nhằm lấy được tối đa tài

nguyên than Xuất phát từ yêu cầu đó, việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu các giải

pháp công nghệ chèn lò nhằm huy động tài nguyên bảo vệ công trình bề mặt thuộc khu cánh Nam Công ty than Mạo Khê” là rất cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đánh giá tổng hợp trữ lượng tài nguyên cần bảo vệ các công trình bề mặt và

đề xuất được các giải pháp công nghệ khai thác sử dụng phương pháp chèn lò, đảm bảo khai thác an toàn và bảo vệ bề mặt

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là trữ lượng than khu vực cánh Nam mỏ Mạo Khê nằm dưới các công trình mặt bằng dân cư, đường điện quốc gia 110 kV, các sông suối và hồ chứa nước

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Tổng hợp trữ lượng và đánh giá đặc điểm điều kiện địa chất các vỉa than nằm dưới công trình bề mặt khu cánh Nam mỏ Mạo Khê;

- Tổng quan kinh nghiệm khai thác than điều khiển đá vách bằng chèn lò ở trên thế giới và trong nước;

- Nghiên cứu các giải pháp công nghệ chèn lò nhằm huy động tài nguyên bảo

vệ bề mặt công trình thuộc khu cánh Nam Công ty than Mạo Khê;

- Thiết kế thử nghiệm các giải pháp công nghệ đề xuất cho một điều kiện cụ thể tại khu cánh Nam Công ty than Mạo Khê

5 Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở các nội dung nghiên cứu đã đặt ra, luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu chính gồm: phương pháp tổng hợp, phương pháp thống kê, phân tích, so sánh và nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Đây là một trong các hướng nghiên cứu mới đối với điều

kiện khoáng sàng vùng Quảng Ninh nói chung và khu cánh Nam mỏ than Mạo Khê nói riêng Giải pháp đề xuất là định hướng trong công tác nghiên cứu, thiết kế thuộc lĩnh vực công nghệ khai thác than hầm lò

- Ý nghĩa thực tiễn: Các giải pháp công nghệ khai thác chèn lò áp dụng cho khu vực Cánh Nam mỏ Mạo Khê nhằm huy động tối đa tài nguyên nằm dưới các công trình bề mặt mỏ, đóng góp vào sản lượng chung của Công ty trong giai đoạn

kế hoạch 5 đến 10 năm tới

7 Cơ sở tài liệu và cấu trúc luận văn

Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu chuyên ngành, các công trình nghiên cứu khoa học ứng dụng ở trong và ngoài nước, các tài liệu tham khảo tại thư viện trường Đại học Mỏ - Địa chất, Viện KHCN Mỏ - Vinacomin và tài liệu thu thập tại Công ty than Mạo Khê - TKV

Cấu trúc luận văn bao gồm: Phần mở đầu, 04 chương và phần kết luận kiến nghị được trình bày trong 111 trang A4 với 21 bảng biểu và 39 hình vẽ Luận văn

được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Anh Tuấn - Phó

Tổng Giám đốc Tập đoàn Công nghiệp Than Khoáng sản Việt Nam

Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Mỏ, Bộ môn Khai thác hầm

lò, Ban lãnh đạo Viện KHCN Mỏ - Vinacomin, Phòng Nghiên cứu Công nghệ khai thác Hầm lò đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn Đặc biệt tôi xin trân trọng cảm ơn TS Nguyễn Anh Tuấn đã rất nhiệt tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Đồng thời tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và người thân đã tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1: TỔNG HỢP TRỮ LƯỢNG VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÁC VỈA THAN NẰM DƯỚI CÔNG TRÌNH

BỀ MẶT KHU CÁNH NAM MỎ MẠO KHÊ

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT KHU CÁNH NAM MỎ MẠO KHÊ

Khu Cánh Nam mỏ Mạo Khê nằm về phía Nam đứt gãy lớn FA-A của khoáng sàng than mỏ Mạo Khê Giới hạn khu mỏ như sau: phía Bắc là đứt gãy FA-A, phía Nam là đường điện cao thế 110 kV Phả Lại - Uông Bí, phía Tây gần tuyến thăm dò T.ID, phía Đông gần tuyến thăm dò T.IX Bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng gồm các đồi thoải bị bào mòn, phong hoá Nơi cao nhất ở mức +70 m và nơi thấp nhất ở mức +14 m Do điều kiện khai thác lộ vỉa và các lò giếng khai thác cũ của Pháp nên trên bề mặt địa hình đã tạo thành nhiều moong lộ thiên chứa nước và các bãi thải cũ đã bị san gạt vùi lấp Thảm thực vật nghèo nàn gồm các đồi bạch đàn và ruộng vườn

Trong khu vực đánh giá có một số suối lớn, nhỏ chảy qua Các suối đều bắt nguồn từ dãy núi cao phía Bắc chảy theo hướng gần Bắc - Nam và đổ vào sông Đá Bạch Các suối đều có nước thường xuyên và chảy cắt qua các vỉa than

Suối Bình Minh được tạo thành từ 3 nhánh suối nhỏ là nhánh suối chảy gần tuyến T.II, nhánh suối chảy giữa tuyến T.IIA

và T.III và suối Bình Minh Các nhánh suối chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam cắt qua các vỉa than Cánh Nam Nước suối phụ thuộc vào lượng nước mưa trong năm nên thay đổi rất lớn Lưu lượng lớn nhất (Qmax) là 28.930 lít/giây và nhỏ nhất (Qmin) từ 0  905 lít/giây

Suối Đoàn kết phân bố gần tuyến T.VIII chảy theo hướng từ Bắc xuống Nam cắt qua các vỉa than cánh Nam Lòng suối rộng từ 1,5  2 m nước chảy quanh năm

Ngoài các con suối kể trên, trong phạm vi khu vực đánh giá các hồ chứa nước được hình thành là do các moong khai thác cũ của Pháp tạo nên Hồ Cơ khí

mỏ có dung tích vào khoảng 36.500 m3 nay đã bị san lấp một phần Hồ Ba Cọc nằm

ở gần tuyến T.VI sâu khoảng 1,45  2,88 m Hồ này nằm ở biên giới phía Nam nên

ít ảnh hưởng đến khu khai thác Các moong khai thác lộ vỉa than của các vỉa: 10, 9A

,

9b, 9, và vỉa 8 thuộc Cánh Nam mỏ Mạo khê, hiện nay một số đã bị san lấp bằng đất

đá thải Tại các moong này rất có thể là những nơi chứa nước ngầm sau những trận mưa lớn và có khả năng ảnh hưởng đến quá trình khai thác than ở dưới sâu

Về đặc điểm cấu tạo, khu cánh Nam nằm về phía Nam của đứt gãy FA-A và được phân bố trong phạm vi từ đứt gãy FA-A đến FB Cấu tạo chung nằm trên cánh Nam của nếp lồi chính chạy theo phương Đông-Tây mà trục nếp lồi là đứt gãy FA-A Các vỉa than có hướng cắm chung là Nam, Tây Nam với góc dốc từ 55  800 Đứt gãy FA-A là đứt gãy lớn chạy theo phương Đông-Tây với đới phá huỷ 50  100 m và góc dốc từ 70  800 Đứt gãy FA-A là ranh giới để phân chia khu mỏ thành hai khối cánh Bắc và khối cánh Nam Đứt gãy thuận F57 phân bố ở phía Tây và chạy theo phương Tây Bắc - Đông Nam có hướng cắm Tây Nam với cự ly dịch chuyển 40 

60 m và góc dốc 60  800 Đứt gãy nghịch FC phân bố ở phía Nam khu mỏ và chạy theo phương Tây Bắc - Đông Nam kéo dài từ T.IV  T.VIII, có hướng cắm Đông Bắc với cự ly dịch chuyển 15  25 m và góc dốc 60  800 Đứt gãy thuận FB phân

bố ở phía Nam khu mỏ và là ranh giới giữa địa tầng chứa than và không chứa than Cánh Nam mỏ Mạo Khê phân bố từ tuyến T.ID đến T.IX và được chia thành 3 khối Cấu tạo chung của các vỉa có hướng cắm Nam, Tây Nam theo thứ tự từ trên xuống dưới là: vỉa 10, 9B, 9A, 9, 8, 8A, 7, và vỉa 6

1 Khối Tây Nam

Khối Tây Nam phân bố trong phạm vi từ tuyến thăm dò địa chất T.ID

đến tuyến T.II, bao gồm 4 vỉa than: V10, V9B, V9A và V9

Vỉa 10: Phần lộ vỉa phân bố gần đường điện cao thế 110 kV và chạy gần

song song đường phương vỉa Chiều dày của vỉa thay đổi từ 2,41  19,79 m, trung bình 7,47 m, thuộc loại vỉa dày Vỉa cấu tạo phức tạp có từ 1  15 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,3  4,06 m, trung bình 1,46 m và thuộc loại rất không ổn định theo chiều dày Góc dốc của vỉa thay đổi từ 54  650, trung bình 610

Vỉa 9B: Phần lộ vỉa phân bố trong khu dân cư Chiều dày của vỉa thay đổi từ

1,59  9,61 m, trung bình 6,35 m, thuộc loại vỉa dày Vỉa cấu tạo phức tạp có từ 1 

6 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,25  2,37 m, trung bình 0,86 m thuộc loại

không ổn định theo chiều dày Góc dốc của vỉa thay đổi từ 48  660 trung bình 570

Vỉa 9A: Phần lộ vỉa phân bố trong khu dân cư Chiều dày của vỉa thay đổi từ

0,81  6,84 m, trung bình 4,51 m thuộc loại vỉa dày Vỉa cấu tạo phức tạp có từ 1 

3 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,2  1,98 m, trung bình 0,89 m thuộc loại rất không ổn định theo chiều dày Góc dốc của vỉa thay đổi từ 51  700, trung bình 600

Vỉa 9: Phần lộ vỉa phân bố trong khu dân cư Vỉa 9 cấu tạo thành 2 phân vỉa

là lớp vách và lớp trụ Lớp vách có chiều dày từ 1,2  6,68 m, trung bình 2,95 m, thuộc loại vỉa dày trung bình Lớp trụ có chiều dày từ 1,35  7,04 m, trung bình 2,65 m thuộc loại vỉa dày trung bình Vỉa 9 có cấu tạo phức tạp thuộc loại rất không

ổn định theo chiều dày Chiều dày tập đá kẹp giữa lớp vách và lớp trụ từ 0,82 

3,1m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 43  570, trung bình 530

2 Khối giữa

Khối giữa phân bố từ tuyến thăm dò địa chất T.II đến tuyến T.V (phần giếng) trong khối này có 6 vỉa than, bao gồm: vỉa 10, 9B, 9A, 9, 8 và vỉa 8A tham gia tính trữ lượng

Vỉa 10: Phần lộ vỉa 10 phân bố trong khu dân cư và gần đường điện cao thế

110 kV Phả Lại - Uông Bí Trên mặt địa hình có moong khai thác lộ thiên dài khoảng 370 m và sâu đến mức -10 m nhưng nay đã bị lấp một phần Chiều dày của vỉa thay đổi từ 1,05  9,75m, trung bình 5,25 m, thuộc loại vỉa dày và rất không ổn định Cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  15 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,27 

2,9 m, trung bình 0,95 m vỉa thuộc loại rất không ổn định Góc dốc của vỉa thay đổi từ: 55  620, trung bình 590

Vỉa 9B: Phần lộ vỉa 9B của khối giữa phân bố trên đồi cây Chiều dày của vỉa

thay đổi từ 0,68  6,65m, trung bình 2,98 m, thuộc loại vỉa dày trung bình và rất không ổn định Cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1 3 lớp đá kẹp với với chiều dày đá kẹp

từ 0,15  2,29 m, trung bình 0,72 m Góc dốc thay đổi từ: 58  800, trung bình 630

Vỉa 9A: Phần lộ vỉa trên đồi cây và một phần đã được khai thác hầm lò đến

độ sâu -50 m Chiều dày của vỉa thay đổi từ 3,36  9,03 m, trung bình 7,51 m Vỉa thuộc loại vỉa dày và rất không ổn định Cấu tạo vỉa phức tạp có từ 3  9 lớp đá kẹp,

với chiều dày đá kẹp từ 0,32  3,98 m, trung bình 1,76 m Góc dốc của vỉa thay đổi từ: 60  800 trung bình 640

Vỉa 9: Phần lộ vỉa phân bố trên khu vực đồi cây và gần kho mìn 56 Trên mặt

địa hình có moong khai thác cũ dài khoảng 20 m nhƣng đã đƣợc san lấp Một số lò

cũ đã khai thác đến mức -25 m có nơi đến -50 m (gần T.IV) Vỉa 9 cấu tạo thành 2 phân vỉa lớp vách và lớp trụ Lớp vách có chiều dày từ 3,04  5,2 m, trung bình 3,88 m, thuộc loại vỉa dày không ổn định, cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  5 lớp đá kẹp, với chiều dày đá kẹp từ: 0,13  2,65 m, trung bình 1,29 m Lớp trụ có chiều dày từ 1,65  3,42 m, trung bình 2,82 m, thuộc loại vỉa dày trung bình không ổn định, cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  3 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,3 

0,93m, trung bình 0,47 m Chiều dày tập đá kẹp giữa 2 lớp than vách và trụ từ 0,8 

3,7 m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 59  700, trung bình 620

Vỉa 8: Phần lộ vỉa 8 phân bố trên đồi cây và một phần là mặt bằng sân công

nghiệp 56 Vỉa 8 cấu tạo thành 2 phân vỉa: lớp vách và lớp trụ Lớp vách có chiều dày từ 1,31  2,2 m, trung bình 1,76 m, cấu tạo đơn giản có từ 1  2 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp trung bình 0,13 m đƣợc xếp loại ổn định Lớp trụ có chiều dày từ 3,99  13,18 m, trung bình 6,57 m, thuộc loại vỉa dày và rất không ổn định, cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  6 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,26  2,70 m, trung bình 1,33 m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 55  660, trung bình 620 Chiều dày tập đá kẹp giữa hai lớp vách và trụ từ 3,8  10,0 m

Vỉa 8A: Phần lộ vỉa nằm gần khu vực mặt bằng sân công nghiệp 56 và đƣợc khai thác một phần trong quá trình san gạt mặt bằng Chiều dày của vỉa thay đổi từ 0,92  2,02m, trung bình 1,57m thuộc loại vỉa trung bình và không ổn định Cấu tạo vỉa đơn giản có từ 1  5 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp trung bình khoảng 0,15m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 55  700, trung bình 600

3 Khối Đông Nam

Khối Đông Nam phân bố từ phạm vi tuyến thăm dò địa chất T.V đến tuyến T.IX, bao gồm 8 vỉa than đƣợc đánh số từ trên xuống là: vỉa 10, 9B, 9A, 8, 8A, 7 và vỉa 6

Vỉa 10: Phần lộ vỉa phân bố trong phạm vi khu dân cư đông đúc và gần

đường điện cao thế 110 kV Trên mặt địa hình có nhiều hồ ao và ruộng lúa, vườn cây Chiều dày của vỉa thay đổi từ 0,95  5,19 m, trung bình 2,74 m thuộc loại vỉa dày trung bình và rất không ổn định Cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  6 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,22  1,24 m, trung bình 0,45 m Góc dốc của vỉa thay đổi từ

44  600, trung bình 520

Vỉa 9B: Phần lộ vỉa nằm trong khu vực dân cư đông đúc với nhiều vườn cây,

ruộng lúa Chiều dày của vỉa thay đổi từ 0,96  7,94 m, trung bình 3,36 m thuộc loại vỉa dày trung bình và biến động rất mạnh Cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  6 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,15  1,31 m, trung bình 0,51 m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 58  670, trung bình 620

Vỉa 9A: Phần lộ vỉa nằm trong khu vực dân cư, ruộng lúa, ao hồ nhỏ Vỉa 9A

Pháp đã khai thác một số vị trí đến mức -45, -50 m, được tách thành 2 phân vỉa: lớp vách và lớp trụ Lớp vách có chiều dày từ 1,39  6,68 m, trung bình 4,27 m thuộc loại vỉa dày và rất không ổn định, cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  12 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,27  4,24 m, trung bình 1,46 m Lớp trụ có chiều dày từ 1,44

 6,94 m, trung bình 3,68 m thuộc loại vỉa dày, cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  7 lớp

đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,2  1,91 m, trung bình 0,8 m Góc dốc của vỉa từ

60  800, trung bình 650 Tập đá kẹp giữa 2 phân vỉa có chiều dày từ 0,67  8,2 m

và hệ thống lò cũ đã khai thác đến -63m (T.VIA  T.VIIA) Vỉa 9 được tách ra thành

2 phân vỉa lớp vách và lớp trụ Lớp vách có chiều dày từ: 0,95  6,67 m, trung bình 3,83 m thuộc loại vỉa dày và biến động mạnh, vỉa cấu tạo phức tạp có từ 1  4 lớp

đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,22  1,38 m, trung bình 0,51 m Lớp trụ có chiều dày từ 1,0  6,09 m, trung bình 3,21 m thuộc loại vỉa dày trung bình và biến động rất mạnh Cấu tạo vỉa phức tạp có từ 1  5 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,12 

2,75 m, trung bình 0,95 m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 55  750, trung bình 610 Tập đá kẹp giữa hai phân vỉa dày từ 0,8  7,5 m

T.IXA hiện tại đang khai thác lộ thiên đến mức -40 m Vỉa 8 được tách thành hai phân vỉa lớp vách và lớp trụ Lớp vách có chiều dày từ 0,68  2,19 m, trung bình 1,54 m thuộc loại vỉa dày trung bình và biến động mạnh, vỉa cấu tạo đơn giản có từ

1  2 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,12  0,5 m, trung bình 0,18 m Lớp trụ

có chiều dày từ 3,0  6,76 m, trung bình 4,48 m thuộc loại vỉa dày, ổn định Vỉa cấu tạo phức tạp có từ 1  2 lớp đá kẹp với chiều dày đá kẹp từ 0,15  2,08 m, trung bình 1,36 m Góc dốc của vỉa thay đổi từ 50  650, trung bình 590 Tập đá kẹp giữa hai phân vỉa dày từ: 0,5  6,0 m

tại đang thiết kế khai thác lộ thiên đến mức +50 m Chiều dày của vỉa thay đổi từ 0,64  3,04 m, trung bình 1,44 m thuộc loại vỉa dày trung bình và rất không ổn định Vỉa cấu tạo đơn giản ít lớp kẹp với chiều dày đá kẹp trung bình khoảng 0,1 m

Vỉa 7: Trước đây chưa bị Pháp khai thác, sau này ở một số vị trí được mở

moong khai thác lộ vỉa nhưng chiều dày không lớn nên đã ngừng Phần từ T.VIA 

T.IX vỉa bị vát mỏng nhất là phần từ mức 0 trở xuống Chiều dày của vỉa từ 0,54 

3,32 m, trung bình 1,54 m thuộc loại vỉa dày trung bình và rất không ổn định Cấu tạo vỉa phức tạp Góc dốc của vỉa thay đổi từ 58  670, trung bình 630

Vỉa 6: Phần lộ vỉa ở một số vị trí đã khai thác trong phạm vi hẹp Chiều dày của vỉa thay đổi từ 0,8  3,75 m, trung bình 1,82 m thuộc loại vỉa dày trung bình và rất không ổn định Góc dốc của vỉa thay đổi từ 57  700, trung bình 610

1.2 TỔNG HỢP TRỮ LƯỢNG VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÁC VỈA THAN NẰM DƯỚI CÔNG TRÌNH BỀ MẶT KHU CÁNH NAM MỎ MẠO KHÊ

Trên cơ sở các tài liệu thăm dò địa chất khoáng sàng khu cánh Nam mỏ Mạo Khê và dựa theo phương pháp đánh giá tổng hợp đặc điểm điều kiện địa chất - kỹ thuật mỏ của Viện VNIMI (Liên Xô) cũ, luận văn đã tổng hợp trữ lượng than toàn khu vực cánh Nam mỏ Mạo Khê tính đến mức -400 là 69.938,6 nghìn tấn Trong

đó, phần trữ lượng than nằm trong trụ bảo vệ các công trình bề mặt như khu dân cư, các đường dây điện, các hồ chứa nước và suối là 23.240,6 nghìn tấn chiếm 33,2% tổng trữ lượng của khu vực cánh Nam tính đến mức -400, chi tiết xem bảng 1.1

Phần trữ lượng than được quy hoạch để lại trụ bảo vệ các công trình bề mặt khu cánh Nam mỏ Mạo Khê phân bố tại hầu hết các vỉa than, bao gồm: V10, V9b, V9a, V8, V8a, V7 và V6 Trong đó, trữ lượng trụ bảo vệ tập trung nhiều nhất tại vỉa

9, khoảng 6729,1 nghìn tấn, chiếm 29%, tiếp theo là vỉa 9a, khoảng 5853,5 nghìn tấn, chiếm 25,2%, vỉa 9b có trữ lượng khoảng 3452,1 nghìn tấn, chiếm 14,9 %, vỉa

8 có trữ lượng khoảng 3038,9 nghìn tấn, chiếm 13,1%, vỉa 10 có trữ lượng khoảng 3009,6 nghìn tấn, chiếm 12,9%, các vỉa than còn lại có trữ lượng than để lại làm trụ bảo vệ chiếm từ 1,1 đến 2,2 % tổng trữ lượng trụ bảo vệ công trình bề mặt khu cánh Nam của mỏ Mạo Khê (xem chi tiết trên biểu đồ hình 1.1)

Hình 1.1: Biểu đồ phân bố trữ lượng than trụ bảo vệ khu cánh Nam

theo các vỉa than

Các công trình bề mặt khu cánh Nam Công ty than Mạo Khê có thể được chia thành 4 nhóm công trình gồm: khu dân cư; đường dây điện cao thế (110 kV,

220 kV), các suối và hồ chứa nước; moong lộ thiên và lò cũ Trong bảng 1.1 và biểu

đồ hình 1.2 luận văn đã tiến hành tổng hợp và phân loại trữ lượng trụ bảo vệ theo nhóm công trình, đối tượng cần bảo vệ bề mặt Kết quả tổng hợp cho thấy: trữ lượng than phân bố nhiều nhất trong trụ bảo vệ đường dây điện, khoảng 13.788,6 nghìn tấn, chiếm 59,3%; tiếp theo là trữ lượng than phân bố trong trụ bảo vệ các suối (suối Văn Lôi, suối Bình Minh, suối Đoàn Kết, suối Tràng Khê, suối Tràng Bạch) và hồ chứa nước (hồ Ba Cọc, hồ Cầu Cuốn), khoảng 5217,9 nghìn tấn, chiếm 22,5%; trữ lượng than phân bố trong trụ bảo vệ khu dân cư khoảng 2547,2 nghìn tấn, chiếm 11%; trữ lượng than phân bố trong trụ bảo vệ moong lộ thiên và lò cũ khoảng 1686,9 nghìn tấn, chiếm 7,3% tổng trữ lượng than trong trụ bảo vệ các công trình bề mặt

0 2000

Bảng 1.2: Bảng phân chia trữ lượng theo tổ hợp yếu tố chiều dày và góc dốc vỉa

Tỷ lệ

%

Trữ lượng (1000 T)

Tỷ lệ

%

Trữ lượng (1000 T)

Hình 1.3: Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa trữ lượng than và tổ hợp các

yếu tố chiều dày, góc dốc vỉa

1.3 NHẬN XÉT

Luận văn đã tiến hành tổng hợp và đánh giá trữ lượng các vỉa than nằm dưới công trình bề mặt cần bảo vệ tại khu cánh Nam mỏ Mạo Khê Kết quả cho thấy, khu cánh Nam mỏ Mạo Khê có tổng trữ lượng than nằm trong trụ bảo vệ các công trình

bề mặt khoảng 23.240,6 nghìn tấn, chiếm 33,2% tổng trữ lượng của toàn khu vực tính đến mức -400 (69.938,6 nghìn tấn) Phần trữ lượng này phân bố nhiều nhất trong trụ bảo vệ đường dây điện, khoảng 13.788,6 nghìn tấn, chiếm 59,3%; phân bố trong trụ bảo vệ các suối và hồ chứa nước khoảng 5217,9 nghìn tấn, chiếm 22,5%; trữ lượng than phân bố trong trụ bảo vệ khu dân cư khoảng 2547,2 nghìn tấn, chiếm 11%; trữ lượng than phân bố trong trụ bảo vệ moong lộ thiên và lò cũ khoảng 1686,9 nghìn tấn, chiếm 7,3%

Việc để lại phần trữ lượng than lớn như trên làm trụ bảo vệ các công trình bề mặt đang gây lãng phí tài nguyên và làm giảm hiệu quả các dự án khai thác mỏ hầm

lò Vấn đề này đã đặt ra yêu cầu cấp thiết phải nghiên cứu giải pháp kỹ thuật công nghệ khai thác không gây ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng không đáng kể (ở dưới mức cho phép) đến các công trình bề mặt để khai thác tối đa trữ lượng than trong trụ bảo

vệ các công trình khu cánh Nam mỏ Mạo Khê nhằm giảm tổn thất tài nguyên, đồng thời kéo dài tuổi thọ mỏ và nâng cao hiệu quả đầu tư các dự án khai thác mỏ hầm lò

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN KINH NGHIỆM KHAI THÁC THAN ĐIỀU KHIỂN ĐÁ VÁCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÈN LÒ Ở TRÊN

THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

2.1 TỔNG QUAN KINH NGHIỆM KHAI THÁC THAN ĐIỀU KHIỂN ĐÁ VÁCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÈN LÒ Ở TRÊN THẾ GIỚI

Công nghệ khai thác than hầm lò điều khiển đá vách bằng phương pháp chèn

lò đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng để khai thác than dưới các công trình cần bảo vệ bề mặt Tại Liên Xô (cũ) từ năm 1947 đã áp dụng thành công giải pháp khai thác chèn lò thủy lực tại bể than Kuzbass, Donbass, Karagadinsk Tại Ba Lan,

từ năm 1950 đến nay đã khai thác được trên 2 tỷ tấn than từ trụ bảo vệ các công trình bề mặt như thành phố, nhà máy, khu công nghiệp, lò cao, lò luyện cốc, v.v bằng công nghệ khai thác chèn lò Hiện nay, công nghệ khai thác than chèn lò cũng đang được áp dụng phổ biến tại các mỏ than hầm lò thuộc bể than Upper Silesia mà điển hình trong đó là mỏ than hầm lò Bobrek - Centrum (01 lò chợ) khai thác dưới thành phố Bytom, mỏ Wujek (01 lò chợ) khai thác dưới khu dân cư Ligota tại thành phố Katowice, mỏ Wieczorek (02 lò chợ) khai thác dưới đường cao tốc A4 và mỏ Staszic (01 lò chợ) khai thác dưới tuyến đường sắt quốc gia Bielsko - Katowice Tại

bể than Bihar (Ấn Độ) nằm dưới lưu vực sông Damodar, người ta đã khai thác được tập các vỉa than dày 5  7 m, ở độ sâu từ 50  500 m bằng cách áp dụng các giải pháp khai thác chèn lò toàn phần sử dụng vật liệu chèn là đá xít thải Ở Nhật Bản giai đoạn những năm 1980 đã áp dụng công nghệ khai thác chèn lò để khai thác than dưới đáy biển với sản lượng từ 13  14 triệu tấn/năm, v.v…

Hình 2.1: Sơ đồ các mỏ than khai thác bằng phương pháp chèn lò thuộc bể than

Upper Silesia - Ba Lan

Trong chương này, luận văn tiến hành tổng hợp một số hệ thống khai thác điều khiển đá vách bằng chèn lò và các phương pháp chèn lò được áp dụng phổ biến tại các nước trên thế giới làm cơ sở cho việc nghiên cứu áp dụng trong điều kiện các vỉa than khu cánh Nam của mỏ Mạo Khê

2.1.1 Tổng hợp kinh nghiệm áp dụng một số hệ thống khai thác chèn lò

Các hệ thống khai thác điều khiển đá vách bằng chèn lò đã và đang được áp dụng ở các nước như Liên Xô (cũ), Ba Lan, Nhật Bản, v.v khá đa dạng, phong phú tùy thuộc điều kiện chiều dày và góc dốc của vỉa than Ví dụ, đối với điều kiện vỉa than dày trung bình, dốc trên 450, ở Nhật Bản đã áp dụng phổ biến hệ thống khai thác chèn lò kiểu Kakuchi Theo công nghệ khai thác Kakuchi, lò chợ được chuẩn

bị dạng cột dài theo phương, gương khấu bố trí dạng bậc chân khay, chống gỗ, chèn

lò bằng tự chảy Tại Ba Lan, khi khai thác các vỉa than dốc thoải dưới các công trình cần bảo vệ, đã áp dụng hệ thống khai thác lò chợ cột dài theo phương, khấu than bằng máy combai, chống giữ gương bằng dàn chống tự hành, điều khiển đá vách bằng chèn lò toàn phần Ở vùng Prôkôpôvxk - Kixelôvxki thuộc bể than Kuzbass (Liên Xô cũ) khi khai thác các vỉa than dốc dưới các công trình bề mặt cần bảo vệ, người ta áp dụng một số hệ thống khai thác như: hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc, khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp chèn lò theo hướng từ dưới lên;

hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp nghiêng từ dưới lên với chèn lò; hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp ngang nghiêng với chèn lò theo thứ tự từ dưới lên; hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp bằng, khấu than bằng máy combai với chèn lò theo thứ tự từ trên xuống; hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc, khai thác chia lớp nghiêng, khấu các lớp và chèn lò theo thứ tự từ dưới lên

Theo kết quả đánh giá trong chương 1, trữ lượng than nằm trong trụ bảo vệ công trình bề mặt khu cánh Nam của mỏ Mạo Khê phân bố chủ yếu trong phạm vi góc dốc vỉa trên 450

(chiếm 90%), do vậy luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu, tổng hợp kinh nghiệm áp dụng các hệ thống khai thác chèn lò cho điều kiện vỉa than dốc tương tự như điều kiện địa chất các vỉa than khu cánh Nam mỏ Mạo Khê

1 Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp với chèn lò theo hướng từ dưới lên

Hệ thống khai thác này được áp dụng để khai thác các vỉa than có chiều dày

từ 1,5  3,5 m, góc dốc từ 50  75o Đá vách và đá trụ của vỉa tương đối ổn định trở lên Độ bền vững của than không dưới trung bình Bản chất của hệ thống khai thác như sau:

Công tác chuẩn bị: Khu vực được chia thành các tầng khai thác, chiều dài

theo hướng dốc của tầng từ 95  120 m, bởi hệ thống các lò dọc vỉa đá và lò xuyên vỉa ở hai mức vận tải và thông gió (có thể là lò xuyên vỉa và lò dọc vỉa than) Trong mỗi tầng, theo phương được chia thành từng cột bởi các lò thượng thông gió (2) đào bám trụ vỉa Chiều dài theo phương của mỗi cột khoảng 150 m Sơ đồ hệ thống khai thác, xem hình 2.2

Hình 2.2: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác toàn bộ chiều dày vỉa

chèn lò theo hướng từ dưới lên

Công tác khai thác: Khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp với chèn lò toàn

phần theo hướng từ dưới lên Việc khai thác trong mỗi cột được tiến hành như sau: Khấu lần lượt các dải theo chiều dốc có gương lò chợ dài từ 5  15 m kể từ lò thượng cột thông gió (2) (trong một cột khấu dật đồng thời từ hai cánh về trung tâm) Khấu gương bằng công nghệ khoan nổ mìn, chống giữ không gian lò chợ bằng vì chống gỗ Trong quá trình khai thác, chống giữ hình thành lò dọc vỉa thông gió (4), lò dọc vỉa vận tải (5) mất đi theo tốc độ tiến gương Sau khi khai thác xong một dải, tiến hành công tác chèn giữ vách Vật liệu chèn được chuẩn bị từ ngoài mặt bằng đưa vào chèn cho lò chợ qua đường lò của mức thông gió, qua lò thượng thông gió của cột Sau khi chèn xong, hình thành lò thượng vận tải (6) của cột, giữ lại lò dọc vỉa thông gió (4) để làm lò vận tải cho khấu dải tiếp theo Tùy theo điều

kiện đá vách và tính chất của than, chọn bước chèn cho phù hợp, thông thường bước chèn khi độ bền vững của khối than nhỏ, đá vách lò chợ yếu thì bước chèn giảm xuống có thể từ 4  6 m Ở các vỉa chiều dày không lớn, khối than nguyên bền vững, đá vách lò chợ bền vững thì bước chèn tăng đến 12 mét và lớn hơn Để nâng cao công suất khu vực có thể khai thác đồng thời 2  3 cột, tương đương với 1  6 gương lò chợ cùng một lúc

Công tác vận tải: Than khai thác gương lò chợ mỗi dải tự trượt trên nền lò

máng cào ở lò dọc vận tải (5), ở dải đầu tiên than được chuyển ra lò xuyên vỉa tầng (7), ở các dải khấu tiếp theo than được đổ xuống thượng vận tải (6) qua lò xuyên vỉa tầng (7) đưa ra ngoài Vật liệu chèn (tùy theo phương pháp chèn lò) được đưa qua lò dọc vỉa đá (3), qua lò xuyên vỉa (1), lò thượng thông gió (2) vào lò chợ

Công tác thông gió: Gió sạch từ lò dọc vỉa đá (8) qua lò xuyên vỉa (7) lên

thượng thông gió (6) dọc vỉa vận tải (5) thông gió cho lò chợ Gió thải theo lò dọc vỉa thông gió (4) thượng thông gió (2) qua lò xuyên vỉa (1) dọc vỉa đá (3) ra ngoài

Công tác thoát nước: Nước trong khu khai thác được chảy qua lò dọc vỉa vận

tải (5), ra thượng vận tải (6), lò xuyên vỉa (7), lò dọc vỉa đá (8) về hầm chứa nước, sau đó được bơm lên mặt bằng Đối với chèn lò bằng phương pháp thủy lực, phần lớn nước được thoát qua khối đá chèn của các dải khai thác phía dưới về hầm chứa nước Sau đó được tận dụng lại để vận chuyển vật liệu chèn

2 Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp nghiêng từ dưới lên với chèn lò

Hệ thống khai thác này được áp dụng để khai thác các vỉa than có chiều dày

>3,5 m, góc dốc từ 50  75o Đá vách và đá trụ của vỉa tương đối ổn định trở lên, độ bền vững của than không dưới trung bình Bản chất của hệ thống khai thác như sau:

Công tác chuẩn bị: Khu vực được chia thành các tầng khai thác, chiều dài

theo hướng dốc của tầng từ 95  120 m, bởi hệ thống các lò dọc vỉa đá và lò xuyên vỉa ở hai mức vận tải và thông gió (có thể là lò xuyên vỉa và lò dọc vỉa than) Trong mỗi tầng, theo phương được chia thành từng cột bởi các lò thượng thông gió (2) đào bám trụ vỉa Chiều dài theo phương của mỗi cột khoảng 150 m Sơ đồ hệ thống khai thác, xem hình 2.3

Hình 2.3: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp nghiêng từ

dưới lên với chèn lò

Công tác khai thác: Trong một cột, theo chiều dày, vỉa được chia thành các

các lớp khai thác, mỗi lớp có chiều dày ≤ 3,5 m Khai thác lớp bám trụ trước, sau đó khai thác các lớp tiếp theo Việc khai thác, chèn lò, vận tải, thông gió và thoát nước trong mỗi lớp được tiến hành tương tự như công nghệ khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp với chèn lò toàn phần theo hướng từ dưới lên

3 Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp ngang nghiêng với chèn lò theo thứ tự từ dưới lên

Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp ngang nghiêng chèn lò từ dưới lên được áp dụng để khai thác các vỉa than có chiều dày từ 3,5 

5,5m hoặc lớn hơn, góc dốc từ 50  75o Đá vách và đá trụ của vỉa tương đối ổn định trở lên, độ bền vững của than không dưới trung bình Bản chất của hệ thống khai thác này như sau:

Công tác chuẩn bị: Khu vực được chia thành các tầng khai thác, chiều dài

theo hướng dốc của tầng từ 95  120 m, bởi hệ thống các lò dọc vỉa đá và lò xuyên vỉa ở hai mức vận tải và thông gió Trong mỗi tầng, theo phương được chia thành từng cột bởi các lò thượng thông gió (2) đào bám vách vỉa Chiều dài theo phương của mỗi cột khoảng 150 m Sơ đồ công nghệ khai thác, xem hình 2.4

Công tác khai thác: Khai thác chia lớp ngang nghiêng kết hợp với chèn lò

toàn phần từ dưới lên theo hướng dốc Chiều dày mỗi lớp không được lớn hơn

2,2m Việc khai thác trong mỗi lớp được tiến hành như sau: Từ biên giới hai cánh của cột mở lò khởi điểm của lớp (lò nối giữa lò dọc vỉa vận tải bám trụ với lò thượng cột bám vách) Sau đó, khấu dật lò chợ từ biên giới về trung tâm cột Chiều dài lò chợ của lớp tùy thuộc vào chiều dày vỉa, góc dốc lò chợ được xác định phụ thuộc chính vào phương pháp chèn lò Khi khai thác các vỉa dày dốc bằng chia lớp ngang nghiêng với chèn lò bằng thủy lực, góc nghiêng của lớp bằng 30 350 Khi chèn lò tự chảy, do sự chuyển động của vật liệu kém hơn, để lấp đầy khoảng không gian đã khai thác, thì tốt nhất góc nghiêng của lớp bằng 450 Khấu gương bằng công nghệ khoan nổ mìn, chống giữ không gian lò chợ bằng vì chống gỗ Trong quá trình khai thác, chống giữ hình thành lò dọc vỉa thông gió (4), lò dọc vỉa vận tải (5) mất

đi theo tốc độ tiến gương Sau khi khai thác xong một lớp, tiến hành công tác chèn

lò Vật liệu chèn được chuẩn bị từ ngoài mặt bằng đưa vào chèn cho lò chợ qua đường lò của mức thông gió, qua lò thượng thông gió của cột (2) Sau khi chèn xong, hình thành lò thượng vận tải (6) của cột, tạo lò vận tải mới (5) cho khấu lớp tiếp theo Tùy theo điều kiện đá vách và tính chất của than, chọn bước chèn cho phù hợp cũng tương tự như công nghệ khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp với chèn

lò toàn phần theo hướng từ dưới lên Để nâng cao công suất khu vực có thể khai thác đồng thời 2  3 cột, tương đương với 1  6 gương lò chợ cùng một lúc

Hình 2.4: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp ngang

nghiêng với chèn lò theo thứ tự từ dưới lên

Công tác vận tải: Than khai thác gương lò chợ mỗi lớp tự trượt trên nền lò

máng cào ở lò dọc vận tải (5), ở dải đầu tiên than được chuyển ra lò xuyên vỉa tầng

(7), ở các dải khấu tiếp theo than được đổ xuống thượng vận tải (6) qua lò xuyên vỉa tầng (7) đưa ra ngoài Vật liệu chèn (tùy theo phương pháp chèn lò) được đưa qua lò dọc vỉa đá (3), qua lò xuyên vỉa (1), lò thượng thông gió (2) vào lò chợ

Công tác thông gió: Gió sạch từ lò dọc vỉa đá (8) qua lò xuyên vỉa (12) lên

thượng thông gió (9) dọc vỉa vận tải (5) thông gió cho lò chợ Gió thải theo lò dọc vỉa thông gió (4) thượng thông gió (2) qua lò xuyên vỉa (1) dọc vỉa đá (3) ra ngoài

Công tác thoát nước: Nước trong khu khai thác được chảy qua lò dọc vỉa vận

tải (5), ra thượng (9), lò dọc vỉa (13), lò xuyên vỉa (12), lò dọc vỉa đá (8) về hầm chứa nước, sau đó được bơm lên mặt bằng (Đối với chèn lò bằng phương pháp thủy lực, phần lớn nước được thoát qua khối đá chèn của các dải khai thác phía dưới

về hầm chứa nước Sau đó được tận dụng lại để vận chuyển vật liệu chèn)

4 Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc, khai thác chia lớp bằng khấu than sử dụng máy combai với chèn lò theo thứ tự từ trên xuống

Hệ thống khai thác này được áp dụng để khai thác các vỉa than có chiều dày

từ 3,5  15 m, góc dốc từ 50  75o Đá vách và đá trụ của vỉa tương đối ổn định trở lên, độ bền vững của than không dưới trung bình Bản chất của hệ thống khai thác như sau:

Công tác chuẩn bị: Khu vực được chia thành các tầng khai thác, chiều cao

tầng khoảng 90 m, bởi hệ thống các lò dọc vỉa đá và lò xuyên vỉa ở hai mức vận tải

và thông gió Trong mỗi tầng, theo phương được chia thành từng cột bởi các lò thượng (5) đào bám trụ vỉa Chiều dài theo phương của mỗi cột khoảng 100  125

m Sơ đồ công nghệ khai thác, xem hình 2.5

Công tác khai thác: Khai thác chia lớp ngang nghiêng kết hợp với chèn lò

toàn phần từ trên xuống theo hướng dốc Chiều dày mỗi lớp không được lớn hơn 3,0m Tùy thuộc vào điều kiện địa chất mỏ, sử dụng 3 phương án khai thác như sau: Khai thác các vỉa than với chiều dày từ 3,5 đến 5 mét Khai thác các vỉa than với chiều dày từ 5 đến 10 mét Khai thác các vỉa than với chiều dày từ 10 đến 15 mét

Phương án 1: Để khai thác vỉa với chiều dày từ 3,5 mét đến 5 mét tiến hành bằng hai máy conbain, một máy khai thác ở dải (3), một máy được tháo, lắp tại

khám lắp ráp (4) Máy conbain thứ nhất, khấu dải đến biên của khu vực khấu, sau

đó được tháo ra, máy thứ hai bắt đầu khai thác và chu kỳ công tác lại lặp lại

Phương án 2: để khai thác các vỉa than có chiều dày từ 5 đến 10 mét Một lớp khấu chia làm hai dải khấu, khấu xong dải khấu vách rồi khấu đến dải khấu trụ Các dải khấu theo sơ đồ vòng tròn (hai chiều), quay máy conbain ở biên giới của cột

Phương án 3: để khai thác các vỉa với chiều dày từ 10 đến 15 mét Một lớp khấu chia làm ba dải khấu, khấu xong dải khấu trụ, đến dải khấu giữa rồi dải khấu vách Để khai thác dải sử dụng hai máy khấu, một máy làm việc và máy thứ hai ở giai đoạn tháo và lắp

Khấu xong dải nào tiến hành chèn lò ngay dải đó, độ nghiêng hoặc độ nâng của đường lò khấu ≤ 3o

c Đối với vỉa có chiều dày 10  15 m

Hình 2.5: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc khai thác chia lớp bằng khấu

than bằng máy combai với chèn lò theo thứ tự từ trên xuống

Công tác vận tải: Than khai thác từ gương lò chợ được máy khấu vận chuyển

lên máng cào, đổ xuống thượng vận tải (5), sau đó được vận chuyển qua lò xuyên vỉa (6) lò dọc vỉa đá (8) ra ngoài Vật liệu chèn được vận chuyển qua lò dọc vỉa đá (7), lò xuyên vỉa 1, qua lò thượng (5) chèn cho các dải

Công tác thông gió: Gió sạch vào lò vỉa đá (8) qua lò xuyên vỉa (6) lên

thượng thông gió vận tải (5), được quạt gió đẩy vào cung cấp cho gương khấu Gió thải được thoát ra ngoài theo thượng lên (5) lên lò xuyên vỉa (1) lò dọc vỉa đá (7) ra ngoài

Công tác thoát nước: Nước trong khu khai thác được chảy theo dải khấu (3)

lò thượng (5), lò xuyên vỉa (6), lò dọc vỉa đá (8) về hầm chứa nước, sau đó được bơm lên mặt bằng (Đối với chèn lò bằng phương pháp thủy lực, phần lớn nước được thoát qua khối đá chèn của các dải khai thác phía dưới về hầm chứa nước Sau

đó được tận dụng lại để vận chuyển vật liệu chèn)

5 Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc, chia lớp nghiêng từ trên xuống, trong mỗi lớp thực hiện khấu và chèn lò theo thứ tự từ dưới lên

Hệ thống khai thác này được áp dụng để khai thác các vỉa than có chiều dày

từ 1,5  3,5 m, góc dốc từ 50  75o Đá vách và đá trụ của vỉa tương đối ổn định trở

lên Độ bền vững của than không dưới trung bình Bản chất của hệ thống khai thác như sau:

Công tác chuẩn bị: Khu vực được chia thành các tầng khai thác, chiều dài

theo hướng dốc của tầng từ 95  120 m, bởi hệ thống các lò dọc vỉa đá và lò xuyên vỉa ở hai mức vận tải và thông gió (có thể là lò xuyên vỉa và lò dọc vỉa than) Trong mỗi tầng, theo phương được chia thành từng cột bởi các lò thượng thông gió (2) đào theo lớp vỉa Chiều dài theo phương của mỗi cột khoảng 150 m Sơ đồ công nghệ khai thác, xem hình 2.6

Công tác khai thác: Trong một cột, theo chiều dày, vỉa được chia thành các

các lớp khai thác, mỗi lớp có chiều dày ≤ 3,5 m Khai thác lớp bám vách trước, sau

đó khai thác các lớp tiếp theo Việc khai thác, chèn lò, vận tải, thông gió và thoát nước trong mỗi lớp được tiến hành tương tự như công nghệ khai thác toàn bộ chiều dày vỉa kết hợp với chèn lò toàn phần theo hướng từ dưới lên

Hình 2.6: Hệ thống khai thác cột dài theo độ dốc, chia lớp nghiêng từ trên xuống, trong mỗi lớp thực hiện khấu và chèn lò theo thứ tự từ dưới lên

2.1.2 Tổng hợp kinh nghiệm áp dụng các phương pháp chèn lò tại các nước trên thế giới

Theo phương pháp vận tải vật liệu chèn và thi công khối chèn, người ta chia thành các phương pháp chèn lò như: chèn lò tự chảy, chèn lò cơ khí, chèn lò thủy lực và phương pháp chèn lò khí nén Trong thực tế, tại các mỏ hầm lò trên thế giới,

việc lựa chọn áp dụng phương pháp chèn lò phụ thuộc vào điều kiện địa chất khu vực và mục đích áp dụng phương pháp chèn lò Trường hợp áp dụng công nghệ khai thác chèn lò để điều khiển đá vách khó sập đổ tại những vỉa than có góc dốc lớn, có thể sử dụng phương pháp chèn lò tự chảy Trường hợp trên bề mặt địa hình

có những công trình cần bảo vệ, việc lựa chọn phương pháp chèn lò phù hợp sẽ căn

cứ vào đối tượng bề mặt cần bảo vệ Đối với những vỉa than nằm dưới công trình có yêu cầu bảo vệ bề mặt đòi hỏi khắt khe, không thể di dời như khu dân cư với các công trình nhà cao tầng, công trình công nghiệp, đường sắt, quốc lộ và mạng lưới truyền tải thì các phương pháp chèn lò yêu cầu có mức độ lấp đầy cao, mức độ co ngót khối chèn và hạ vách thấp như phương pháp chèn lò bằng khí nén, chèn lò thủy lực và đặc biệt là chèn lò thủy lực dạng khối cứng là các giải pháp tối ưu Khi khai thác dưới đối tượng có yêu cầu bảo vệ bề mặt ít khắt khe hơn, người ta thường áp dụng một số phương pháp chèn lò mà mức độ lèn chặt của khối chèn không cao như chèn lò tự chảy hoặc phương pháp chèn lò cơ khí

1 Phương pháp chèn lò tự chảy

Khi áp dụng phương pháp chèn lò tự chảy, vật liệu chèn tự chảy vào khoảng trống đã khai thác dưới tác động của trọng lực chính bản thân Việc lèn chặt khối chèn ở giai đoạn đầu được diễn ra do trọng lực của vật liệu chèn chảy vào, còn giai đoạn tiếp theo là do tác động từ áp lực của các lớp đất đá nằm phía trên của khối chèn

Chèn lò tự chảy được áp dụng khi khai thác các vỉa than dốc và dốc đứng theo hệ thống khai thác cột dài theo phương, hệ thống khai thác liền gương và hệ thống khai thác chia lớp nghiêng

Vật liệu dùng để chèn lò tự chảy là các loại đất đá kích thước nhỏ (đá vôi, đôlômit, cát kết, đá phiến, v.v.) và cát (thường có lẫn sét hoặc sỏi) Máng dẫn sử dụng cho đất đá tự chảy phải có góc dốc 28  30o, còn trong đường ống thì từ 18 

24o Vì vậy, phương pháp này có thể áp dụng được ở các vỉa dốc nghiêng và dốc đứng Để tăng độ lèn chặt của khối chèn, khi đưa vật liệu chèn vào khoảng trống đã khai thác, vật liệu phải được tưới nước Khi chèn tự chảy có thể sử dụng nhiều loại vật liệu chèn khác nhau, nhưng yêu cầu tối quan trọng đối với vật liệu chèn là có

khả năng dịch chuyển đến vị trí chèn theo lò thượng bằng dòng tự chảy hoặc bằng các phương tiện vận chuyển thông thường Để đảm bảo an toàn thi công chèn lò, cũng như để đạt được đủ độ chặt cần thiết của khối chèn, kích thước của vật liệu chèn không được vượt quá 250  300 mm Tỷ trọng phần cỡ hạt lớn trong thành phần vật liệu chèn hợp lý nhất dao động từ 10  15 %, phần cỡ hạt 0  20 mm khoảng 30 % và phần chính để tạo độ chặt của khối chèn là đất đá cục 60  150mm Trường hợp cần phải pha thêm đá sét, thì phần này cho phép lớn nhất đến 20% Để chèn lò tự chảy sử dụng đất đá nghiền đập từ đá nguyên khối, bãi thải quặng, đào lò chuẩn bị và phế thải từ nhà máy tuyển Đất đá của các bãi thải mỏ hầm lò cũ có thể được sử dụng pha trộn với đất đá nghiền đập từ đá nguyên khối trong điều kiện đất

đá bãi thải không có tạp chất có tính tự cháy Khi sử dụng vật liệu chèn từ bề mặt đất, sơ đồ công nghệ chèn tự chảy bao gồm các khâu vận tải sau: đưa vật liệu chèn xuống mỏ, vận chuyển theo các đường lò và vận chuyển bằng tự chảy trong giới hạn gương lò chợ

Hình 2.7: Sơ đồ công nghệ khai thác áp dụng phương pháp chèn lò tự chảy tại

mỏ than Izotov tại bể than Donbass

Phương pháp chèn lò tự chảy có ưu điểm là thi công đơn giản, chi phí thấp, yêu cầu không cao về tiêu chuẩn lựa chọn vật liệu chèn, không đòi hỏi nhiều máy móc thiết bị chèn lò Tuy nhiên, nhược điểm là khối chèn có độ lèn chặt không cao nên giá trị co ngót của khối chèn trong không gian đã khai thác lớn, đạt đến 20 ÷ 30% Phần phía trên của khối chèn không được lấp đầy nên đôi khi cần lao động thủ

công để tiến hành lấp đầy khối chèn Do đó phương pháp này chỉ phù hợp để khai thác các vỉa than tại các vị trí không có yêu cầu cao về mức độ sụt lún bề mặt hoặc đôi khi là sử dụng để điều kiển đá vách cho trường hợp vách cứng, khó điều khiển

2 Phương pháp chèn lò cơ khí

Phương pháp chèn lò cơ khí là phương pháp chèn lò mà vật liệu chèn được vận chuyển và chèn lấp vào không gian đã khai thác bằng các máy chèn chuyên dụng (máy hất, ném đá hoặc tời cào) Phương pháp này có đặc điểm là trong không gian khai thác có sự tồn tại liên tục của các máy chèn lò và cần phải cung cấp vật liệu chèn liên tục cho các máy chèn Về cơ bản chèn lò cơ khí có 2 loại là: (1) - chèn lò cơ khí sử dụng các máy chèn lò chuyên dụng kiểu máy hất, ném đá; (2) - chèn lò cơ khí sử dụng các máy chèn lò kiểu tời cào

Chèn lò cơ khí sử dụng máy chèn kiểu ném có nhược điểm là phức tạp trong dây chuyền vận chuyển vật liệu chèn, các thiết bị có kích thước lớn, cồng kềnh, nhanh bị hao mòn máy trong khi khoảng cách hất ném các cục vật liệu chèn là không lớn Hệ số lấp đầy không gian đã khai thác bằng vật liệu chèn tuy cao hơn so với phương pháp chèn lò tự chảy song vẫn ở mức thấp nếu so với chèn lò khí nén và chèn lò thủy lực (hệ số lấp đầy không gian đã khai thác khi sử dụng tời cào chỉ đạt

55 ÷ 60%, khi sử dụng thiết bị máy chèn lò kiểu ném đạt 70 ÷ 80%) Mức độ hạ vách của phương pháp này tuy nhỏ hơn so với phương pháp chèn lò tự chảy nhưng nhìn chung vẫn khá lớn, đạt 40 ÷ 50% Ưu điểm của chèn lò cơ khí khi sử dụng máy chèn lò kiểu ném là tiêu tốn tương đối ít năng lượng, các yêu cầu về nguồn vật liệu chèn cung cấp cho máy chèn lò là không cao

Chèn lò cơ khí sử dụng máy chèn lò kiểu tời cào có đặc điểm là thiết bị đơn giản, có thể vận tải các cục vật liệu chèn có kích thước lớn, tổ chức thi công đơn giản dẫn đến giá thành thi công khối chèn thấp Tuy nhiên chèn lò cơ khí sử dụng các máy chèn kiểu tời cào có nhược điểm là năng suất không cao, khối chèn có hệ

số lấp đầy thấp, hệ số lèn chặt thấp, phần phía trên của khối chèn không được lấp đầy trong khi phải thực hiện chèn lò thủ công tại phần tiếp giáp giữa vật liệu chèn

và hông lò

Phương pháp chèn lò khí nén được áp dụng trong một số sơ đồ công nghệ

khai thác như: sơ đồ công nghệ khai thác dạng chia lớp bằng hoặc chia lớp ngang nghiêng áp dụng cho vỉa than có chiều dày lớn; sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương áp dụng cho trường hợp vỉa than dày trung bình, dốc thoải; sơ đồ công nghệ cột dài theo phương, gương lò chợ ngắn

a Công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng,

chèn lò cơ khí sử dụng máy chèn lò M3-1

b Công nghệ khai thác chèn

lò bằng tời cào

Hình 2.8: Một số sơ đồ công nghệ khai thác sử dụng phương pháp chèn lò cơ khí

Các mỏ khai thác hầm lò áp dụng phương phương pháp chèn lò cơ khí với các thiết bị là tời cào thường sử dụng vật liệu chèn lò là đá thải ra từ quá trình đào

lò và khai thác mà không yêu cầu phải đập nhỏ Trong khi với thiết bị chèn lò là các máy hất đá thì thường yêu cầu về kích cỡ vật liệu Nhìn chung, trong chèn lò cơ khí, tương tự như chèn lò tự chảy, yêu cầu về vật liệu thường không cao Vật liệu chèn

có thể sử dụng đá thải từ các gương đào lò đá hoặc từ quá trình khai thác hay là các loại vật liệu khác như bã sàng hay cát sỏi Trường hợp chèn lò cơ khí kiểu ném (sử dụng máy hất), kích thước vật liệu chèn phù hợp từ 80  100 mm, vật liệu chèn không có cạnh nhọn Khi chèn bằng máy tời cào, cỡ hạt vật liệu chèn không quá

250  300 mm

Phương pháp chèn lò cơ khí có ưu điểm là chi phí điện năng nhỏ, có thể sử dụng vật liệu dạng cục, trong đó kể cả đất đá cứng Tuy nhiên, chèn lò cơ khí có nhược điểm dây chuyền vận chuyển vật liệu trong phạm vi lò chợ (khoảnh khấu) và

khai trường mỏ rất phức tạp, thiết bị chèn lò có kích thước lớn, cồng kềnh, khả năng chèn kín khoảng trống đã khai thác thấp Vì các nhược điểm đó nên phương pháp chèn lò cơ khí hiện nay không được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp khai thác mỏ

3 Phương pháp chèn lò thủy lực

Phương pháp chèn lò thủy lực được áp dụng khá phổ biến tại một số nước như Liên Xô cũ, Ba Lan, Hungari, Rumani, Pháp, Trung Quốc, Ấn Độ, v.v… Tại vùng Prokopesko-Kiselevskyi (Kuzbass) và ở khoáng sàng Tkibulskyi (Gruzia) phương pháp chèn lò thủy lực được áp dụng để khai thác các vỉa than dày dốc Ở Ba Lan phương pháp chèn lò thủy lực cũng được sử dụng rộng rãi khi khai thác vùng Silesk thượng

Nguyên lý của phương pháp chèn lò thủy lực được dựa trên cơ sở chuyển động của dòng hỗn hợp nước và vật liệu chèn trong đường ống dưới dạng dòng chảy có áp hoặc không có áp Hỗn hợp thuỷ lực với hàm lượng xác định các thành phần chất rắn và nước được tạo thành trong các thiết bị trộn chuyên dụng Sau đó dưới tác động áp lực của nước được vận chuyển theo đường ống đến khoảng trống

đã khai thác, nơi khối chèn được đầm lèn Khi đó, nước tách ra từ khối đá chèn được dẫn đến bể lắng theo các rãnh thoát nước và từ đó bơm lên mặt đất

Trên hình 2.9 thể hiện sơ đồ nguyên lý của trạm chèn lò thủy lực ở trong mỏ, theo sơ đồ này vật liệu chèn từ bunke của kho (1) chuyển tới thiết bị trộn (2), tại đây vật liệu chèn được sói mòn bởi nước từ vòi phun và tạo thành bùn chảy xuống phễu vào ống dẫn bùn (3) Dưới áp lực tự nhiên tạo thành do áp lực của cột nước hỗn hợp được vận tải đến không gian đã khai thác Tại không gian đã khai thác, bùn được thải ra Phần cứng của hỗn hợp sẽ lấp đầy không gian đã khai thác và tạo thành khối chèn (4), còn phần nước thải sẽ theo ống thoát nước (5) về bể lắng ngầm (6) Phần nước trong sẽ được bơm (7) bơm trở lại vào buồng trộn qua ống (8) để tái sử dụng hoặc là theo ống (9) về bể lắng (9) trên bề mặt địa hình Sau khi lắng trong, nước được bơm qua bơm số (10) đến vòi phun (11) và lại được sử dụng để hòa trộn với vật liệu chèn

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý trạm chèn lò thủy lực ở trong của mỏ

Vật liệu chèn lò sử dụng là cát xỉ nhỏ, đuôi quặng, phế liệu nhà máy tuyển hoặc đá gốc kích cỡ đến 60 mm Kinh nghiệm cho thấy chèn lò thuỷ lực đặc biệt hiệu quả khi dùng vật liệu cỡ hạt nhỏ dễ di chuyển theo cùng dòng nước và tách nước nhanh khi đầm lèn khối chèn Theo đó, vật liệu thích hợp nhất là cát cỡ hạt lớn, có một phần nhỏ cỡ hạt 0,075 mm, các vật liệu có thể sử dụng là xỉ vụn, đuôi quặng, phế thải nhà máy tuyển và đất hoàng thổ cỡ hạt lớn Vận chuyển các loại vật liệu này cần chi phí ít nước, dễ tách nước (tốc độ thấm lọc gần 150 mm/giờ và lớn hơn) và đảm bảo chất lượng khối chèn cao Theo tính toán, trong khối chèn hoàn toàn bằng cát có độ lún 7 %; hỗn hợp đá bãi thải, phế thải tuyển rửa và tro lò hơi độ lún là 15 %, đá cục (kích thước cục 50  70 mm) là 30 % Ở các mỏ hầm lò vùng Kuzbass dùng alêvrolit và acgilit đã được đập để chèn lò Trong vật liệu có phần cỡ hạt 0,1 mm chiếm không quá 5 % Kinh nghiệm cho thấy khi vận tải trong đường ống có đường kính 150  200 mm chi phí nước từ 4  5 m3 đến 10 m3

/m3 vật liệu chèn Trong khi đó, khi dùng cát chi phí nước dao động từ 1  3 m3/m3 vật liệu chèn Đối với vật liệu cỡ hạt lớn cần từ 2  4 m3/m3 vật liệu chèn

Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống chèn lò thủy lực tại mỏ Tkibul (Liên Xô cũ)

Trong phương pháp chèn lò thủy lực, để cấp vật liệu chèn đến các vị trí khai thác của mỏ cần phải trang bị các tổ hợp thiết bị chuyên dụng Trong tổ hợp chèn có các quá trình sau: chuẩn bị hỗn hợp chèn; xả hốn hợp xuống hầm lò; vận chuyển theo các đường lò và chèn khoảng trống đã khai thác Tuỳ thuộc vào dạng vật liệu dùng để chèn lò mà áp dụng các phương pháp chuẩn bị hỗn hợp chèn lò thuỷ lực khác nhau, tuỳ thuộc vào hỗn hợp mà thay đổi tổ hợp thiết bị Chuẩn bị vật liệu chèn từ cát tự nhiên, xỉ vụn và đất đá mỏ đã đập được tiến hành bao gồm chọn phân loại, đập và phối liệu, có thể tiến hành mà không phụ thuộc vào chế độ làm việc của thiết bị chèn Tổ hợp công nghệ bao gồm kho chứa vật liệu chèn và máy trộn bố trí trên mặt đất hoặc dưới hầm lò, đường ống để vận chuyển hỗn hợp chèn lò thuỷ lực xuống hầm lò và vận chuyển đến chỗ chèn Thiết bị công nghệ trộn bao gồm hai loại chính: thiết bị trộn bố trí trên mặt đất và thiết bị trộn đặt dưới hầm lò Đối với kiểu thiết bị thứ nhất cần phải xây dựng hệ thống kho vật liệu có trang thiết bị và các hệ thống vận tải phụ trợ Trong thiết bị kiểu thứ hai, kho bãi vật liệu đơn giản, diện tích nhỏ, cũng có thể là những bunker dưới hầm lò Khi bố trí thiết bị trộn trong hầm lò, có thể đào sâu các công trình bunker vào trong đất để cho việc chất tải

và dỡ tải đơn giản hơn Đồng thời, trong buồng trộn luôn duy trì một chế độ nhiệt

độ cần thiết Tính hợp lý của việc áp dụng các thiết bị này được đặc biệt thấy rõ khi